Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 [ 33 ] 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61

Ф*, а также от температур облучения и рекристаллизации металла. При облучении число дефектов в металле возрастает с увеличением суммарного потока. По характеру влияния на механические свойства облучение напоминает холодную пластическую деформацию.

При облучении большими потоками нейтроны не только смещают атомы материала в межузлия, но возбуждают их, передавая часть своей энергии. При возбуждении усиливаются колебания атома и его соседей в узлах решетки, что сопровождается локальным повышением температуры в небольшом объеме кристалла. Нагрев вызывает радиационный отжиг. Вакансии и атомы межузлия взаимодействуют - аннигилируют, что уменьшает концентрацию дефектов. Одновременно идет процесс образования скоплений вакансий, которые при очень больших потоках превращаются либо в дислокационные петли, либо в микропоры, что приводит к разбуханию.

Кроме того, в некоторых материалах при облучении происходят ядерные реакции с вьщелением газообразных продуктов. Облучение органических материалов может приводить к разрушению связей в молекулах и образованию новых молекул с иным химическим составом и свойствами.

Облучение при температуре ниже температуры рекристаллизации низкотемпературное облучение влияет на структурные изменения и механические свойства металлов и сплавов так же, как при холодной пластической деформации: материал упрочняется, но теряет пластичность. Максимальная прочность углеродистых сталей при 20 °С достигается при облучении суммарным нейтронным потоком ф = 2-10 м~. Изменение временного сопротивления Ов, предела текучести cj ч пластичности при 20 °С аустенитной хромоникелевой стали при увеличении суммарного ней-

* Число нейтронов, которое пошло через сечение, м.


б,%г БОС

8 ip, W"m

Рис. 14.18. Изменение механических свойств при 20 °С аустенитной стали 12Х18Н10Т после низкотемпературного облучения нейтронами:

/ - а; 2 - ао,2; 3 - 5

тронного потока ф показано на рис. 14.18. При суммарном потоке нейтронов Ф = 310 м"- сталь приобретает максимальное упрочнение. При дальнейшем увеличении суммарного потока свойства не меняются.

Облучение при температуре выше температуры рекристаллизации - высокотемпературное облучение сопровождается радиационным отжигом, который способствует восстановлению структуры и механических свойств. Перлитные стали при температуре облучения 250-450 °С мало изменяют свойства, а при температуре выше 450 °С свойства практически не изменяются, так как рекристаллизация проходит полностью. Аустенитные стали стабильны при температуре выше 600 °С. Алюминий и магний, имеющие низкие температуры рекристаллизации, радиационностойки при температуре выше 150 °С. Пластичность не меняется, а прочность даже увеличивается (рис. 14.19).

Упрочнение, полученное в результате низкотемпературного облучения, сохраняется при последующем нагреве до температуры ниже температуры рекристаллизации. В молибдене упрочнение, полученное при облучении (ф = 8 • 10" м при 20 °С), сохраняется при температуре до 300 °С, но при низкой пластичности. Восстановление пластичности начинается только с температуры 300 °С. Полностью структура и свойства



(>в

1 1 1 ...

Рис. 14.19. Изменение механических свойств при гСС алюминия после высокотемпературного облучения нейтронами

восстанавливаются лишь в процессе отжига при 1000 °С.

Влияние температуры нагрева при облучении может быть более сложным, если сплав при этом испытывает структурные превращения, например, распад пересыщенных твердых растворов (старение или отпуск), так как облучение активизирует диффузионные процессы. Именно этим объясняется высокотемпературная хрупкость аустенитных хромо-никелевых сталей. Пластичность облученной стали восстанавливается при 500 - 700 °С, а затем при дальнейшем на-феве вновь снижается.

Длительная прочность при облучении всегда снижается, особенно в стареющих сплавах. Это вызвано активизацией диффузионных процессов под действием облучения, которые ответственны за разрушение при повышенных температурах.

Снижение жаропрочности при облучении усиливается с увеличением нейтронного потока, температуры облучения и температуры испытания (рис. 14.20).

При высокотемпературном облучении очень большими потоками нейтронов в некоторых металлах (аустенитные хромоникелевые стали и сплавы, сплавы на основе Ni, Мо, Ti, Zr, Be) обнаруживается разбухание.

Бериллий, облученный при температуре 800-900 °С нейтронным потоком ф =


Время до разрушения, мин

Рис. 14.20. Изменение 100-часовой длительной прочности никелевого сплава (ф = = 3- 1024 = 150°С):

/ - без облучения (/исп = бООС); 2 - после облучения (г„сп = 600 °С); 3 - после облучения (1 = = 880 °С)

= Ю* м~, увеличивает объем на 3-5%. Аустенитная сталь, облученная при температуре 450 °С потоком ф =

= 10 м~, увеличивает объем на 10% (рис. 14.21). Наибольшее разбухание таких сталей обнаруживается при рабочих температурах этих сталей 35(>-650°С.

Разбухание вызывает изменение формы и размеров деталей, а также ухудшение механических свойств. Оно усиливается скоплением в образовавшихся при облучении микропорах молеку-


0,10-

0,01

Рис. 14.21. Влияние облучения при 450 °С на относительное увеличение объема аустенитной стали 12Х18Н10Т



лярного водорода либо водородосодер-жащих газов с большим внутренним давлением.

Дополнительное легирование хромоникелевых сталей Ti, Мо, Nb уменьшает разбухание. Возможно это результат уменьшения растворимости и скорости диффузии водорода в таком сложно-легированном аустените. Холодная пластическая деформация аустенитных сталей снижает разбухание, видимо, по той же причине.

Перлитные и ферритные высокохромистые стали, растворимость водорода в которых мала, менее склонны к разбуханию.

Влияние облучения на коррозионную стойкость. Для многих конструкционных материалов, работающих в условиях облучения, коррозионной средой является вода, влажный или перегретый пар. В таких средах электрохимический процесс коррозии может сопровождаться химической коррозией.

При облучении стойкость металлов в условиях химической коррозии снижается из-за разрушения поверхностных защитных пленок. Облучение, вызывая структурные повреждения материалов, снижает электрохимический потенциал и ускоряет процесс коррозионного разрушения. В пассивирующихся металлах облучение разрушает поверхностные защитные пленки.

При облучении происходит изменение состава электролита вследствие радио-лиза: молекулы воды разрушаются и образуются ионы и атомы кислорода, водорода и группы ОН. Кислород окисляет металл, водород наводороживает его и, тем самым, охрупчивает. Оба процесса-окисление и наводорожива-ние-усиливают электрохимическое разрушение металла.

Скорость коррозии алюминия и его сплавов в воде при облучении тепловыми нейтронами, скорость потока ко-

торых Ю** c"•м- при 190°С увеличивается в 2-3 раза. Потеря коррозионной стойкости алюминия в таких условиях может быть вызвана увеличением концентрации ОН", что приводит к растворению поверхностных защитных оксидов.

Радиолиз воды уменьшает коррозионную стойкость циркониевых сплавов. При облучении тепловыми нейтронами, скорость потока которых 10" cI-m-, скорость коррозии сплава «Цирколой-2» при 20 °С увеличивается в 50 - 70 раз из-за разрушения защитных пленок.

Облучение аустенитных хромоникелевых сталей усиливает их коррозию. Во влажном паре оно способствует развитию местных видов коррозии: межкристаллической, точечной, а также коррозионному растрескиванию.

В конструкциях, подверженных облучению (оболочки урановых стержней, корпуса и трубопроводы реакторов, корпуса синхрофазотронов), в качестве конструкционных материалов, обладающих необходимым комплексом жаропрочности и коррозионной стойкости, используют высоколегированные стали перлитного, аустенитного класса и сплавы. Широкое применение сплавов на основе Zr, Be, Al, Mg в таких конструкциях объясняется их удовлетворительной жаропрочностью и коррозионной стойкостью, а также необходимым комплексом теплофизических свойств, в частности способностью слабо поглощать нейтроны.

Необходимая радиационная стойкость конструкционного материала может быть обеспечена соответствующим химическим составом, структурой и оптимальными условиями эксплуатации: рабочей температурой, видом и энергией облучающих частиц, величиной потока облучения и свойствами коррозионной среды.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 [ 33 ] 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61